[发明专利]一种基于逆Omega‑K算法的海面要素SAR原始数据仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋遥感技术领域，具体涉及一种基于逆Omega-K算法的海面要素SAR原始数据仿真方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)作为一种先进的微波遥感探测器(具有高分辨、不受气象条件限制等优势)，已经广泛应用于军事侦察、地质测绘和海洋环境探测等领域。在海洋环境探测方面，SAR可获取海洋表面流场、风场、海浪方向谱、海洋内波、锋面和海冰等海洋环境要素。此外，SAR对海洋目标的监视、海洋溢油监测以及海岸侵蚀监测等都有十分重要的意义。传统的海洋监测手段如岸基观测站、船只、浮标等都存在很多不足之处，如覆盖范围非常有限，且容易受到来自陆地的干扰。因此，SAR弥补了传统测量方法的不足。

为了充分发挥SAR在海洋动力环境探测中的优势，需要深入研究SAR海面成像的机理与算法、利用SAR进行海洋动力环境参数的反演算法、以及适用于海洋遥感的SAR系统的设计等。对“实际获取”的SAR数据进行分析处理是一种最为直接的手段。然而这种方式也存在一定的局限性：实际获取SAR数据的雷达系统参数往往是固定的，因此无法通过人为改变雷达系统参数来研究SAR对海面场景的响应情况。再者，海面场景的各种调制因素(如电磁波倾斜调制、水动力调制、以及波浪的轨道速度调制等)在实际获取SAR数据中“混合”在一起而无法分开，因此，无法直接研究海面场景各种调制因素“各自”的贡献比例。对海面要素进行“仿真模拟”是对“实际获取SAR数据处理”的一种有效且必要的补充手段。此外，“仿真模拟”也是研制新型海洋SAR系统不可或缺的步骤。

目前已有的海面要素仿真技术主要是基于“SAR图像域”的仿真，即直接仿真海面场景“聚焦后”的SAR图像。这类海面要素仿真技术由于仅需要根据公式进行“数值计算”，因此具有“步骤简单”与“运算量小”的优点。然而，基于“SAR图像域”的海面要素仿真技术是“非完备”的仿真，具有如下缺点：

(1)某些信息在基于“SAR图像域”的海面要素仿真数据中是缺失的，比如，“多普勒中心偏移”这个参数就无法在仿真数据中体现。SAR数据的多普勒中心偏移是一个非常重要的参数，利用它可以反演海流的径向速度。

(2)基于“SAR图像域”的海面要素仿真技术无法测试、发展新的海面“成像聚焦”算法。

(3)基于“SAR图像域”的海面要素仿真技术较难用于海面场景的“模式识别”与“特征解译”，比如进行“溢油识别”等。

(4)现有的基于“SAR图像域”的海面仿真技术没有考虑由“海浪的径向速度以及海流的径向速度”所导致的多普勒频率与距离频率的“耦合”，比如距离单元走动。

(5)现有的基于“SAR图像域”的海面仿真技术没有考虑由“海流的方位向速度”所导致的“SAR图像散焦现象”。

(6)现有的基于“SAR图像域”的海面仿真技术无法实现对海面特定区域或特定目标进行“重聚焦”。

为了克服现有的基于“SAR图像域”的海面要素仿真技术的缺点，需要发明一种海面要素的SAR“原始”数据仿真方法。这里所述的“原始”数据指的是“雷达天线”接收到的数据，而非“SAR图像域”的数据。基于二维时间域(快时间-慢时间域)的方法能够实现海面SAR原始数据的仿真，然而，这种方法的运算量非常巨大。因此，发明一种简单易行且能够同时包含各种调制作用(比如“倾斜调制”、“水动力调制”、“波浪轨道径向速度调制”、“SAR像素单元内速度随机分布”调制等)以及海流的运动信息的“SAR原始数据”仿真方法是本领域需要解决的关键技术问题。

发明内容

为了解决现有的基于SAR图像域的海面要素仿真技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于逆Omega-K算法的海面要素SAR原始数据仿真方法，能够同时包含各种调制作用以及海流的运动信息。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于逆Omega-K算法的海面要素SAR原始数据仿真方法，包括以下步骤：

步骤一、利用基于复信号二维频率域的逆Omega-K算法仿真海面场景，即利用快速傅里叶变换将海面要素的复散射系数矩阵变换到二维频率域，之后进行距离频率映射，然后在复信号二维频率域利用“SAR二维频率谱参考函数”进行带限滤波，最后将带限滤波后的复数据利用快速逆傅里叶变换变换到二维时间域从而得到海面要素SAR原始数据；

步骤二、将大尺度海浪的轨道径向速度信息以及海流的二维速度信息包含到距离频率映射函数以及SAR二维频率谱参考函数中；